Como as nuvens se formam? A origem de uma nuvem está no calor que é irradiado pelo Sol atingindo a superfície de nosso planeta. Este calor evapora a água que sobe por ser menos denso que o ar ao nível do mar. Ao encontrar regiões mais frias da atmosfera o vapor se condensa formando minúsculas gotinhas de águas que compõem então as nuvens.
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A formação de raios é um processo eletrostático que envolve a acumulação de cargas elétricas, a criação de uma diferença de potencial, a ionização do ar e a descarga elétrica através de um canal de plasma. A energia envolvida nesse processo é extremamente grande, resultando num fenômeno natural poderoso e perigoso.
- O que é conhecido como o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. Por ele passa um gigantesco fluxo de cargas elétricas denominado ‘descarga de retorno’. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz.
- A voltagem de um raio encontra-se entre 100 milhões e 1 bilhão de Volts. Sua corrente é da ordem de 30 mil Ampères, ou seja, a mesma utilizada por 30 mil lâmpadas de 100 W juntas. Em alguns raios, a corrente pode chegar a 300 mil Ampères!
- Essa corrente, ao passar pelo ar, aquece-o e ele se expande com violência, produzindo um som intenso e grave. É o trovão, que pode chegar a 120 decibéis, ou seja, uma intensidade comparável à que ouve uma pessoa nas primeiras fileiras de um show de rock. Mas, se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo?
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Por que as nuvens se eletrificam? Ainda não há uma teoria definitiva que explique a eletrificação da nuvem. Há, no entanto, um consenso entre os pesquisadores de que a eletrificação surge da colisão entre partículas de gelo, água e granizo no interior da nuvem. Uma das teorias mais aceitas nos diz que o granizo, sendo mais pesado, ao colidir com cristais de gelo, mais leves, fica carregado negativamente, enquanto os cristais de gelo ficam carregados positivamente. Isso explicaria o fato de a maioria das nuvens de tempestade ter um centro de cargas negativas embaixo e um centro de cargas positivas na sua parte superior. Algumas nuvens apresentam também um pequeno centro de cargas positivas próximo à sua base.
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Como saber se o raio “caiu” perto? A luz produzida pelo raio chega quase que instantaneamente na vista de quem o observa. Já o som (trovão) demora um bom tempo, pois a sua velocidade é aproximadamente um milhão de vezes menor.
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A Física das Tempestades e dos Raios – que distância aconteceu o raio, comece a contar os segundos ao ver o seu clarão e pare de contar ao ouvir o seu trovão. Divida o número obtido por três e você terá a distância aproximada do raio até você em quilômetros. Essa conta se explica se tivermos em conta que a velocidade do som é de aproximadamente 330 m/s, ou seja, um terço de quilômetro por segundo.
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Se o raio dura apenas frações de segundo, porque o trovão é tão longo? O som do trovão inicia-se com a expansão do ar produzida pelo trecho do raio que estiver mais próximo do observador e termina com o som gerado pelo trecho mais distante (sem considerar as reflexões que possa ter). Como vimos, o canal do raio pode ter dezenas de quilômetros. Assim, o som gerado por uma extremidade que esteja muito distante pode chegar dezenas de segundos depois de ouvirmos o som gerado por um trecho do canal que estiver mais próximo.
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A que distância pode-se ouvir o trovão? Um trovão dificilmente pode ser ouvido se o raio acontecer a uma distância maior do que 25 quilômetros. Isso deve-se à tendência que o som tem de curvar-se em direção a camadas de ar com menor temperatura (refração). Como a temperatura da atmosfera geralmente diminui com a altura, o som do trovão curva-se para podem localizar o local de sua ocorrência com precisão simplesmente recebendo a onda eletromagnética produzida pelos raios.
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Além da luz, o raio produz alguma outra radiação? Além de produzir luz, o raio produz ondas eletromagnéticas em várias outras freqüências, inclusive raios-X. É comum ouvirmos ruídos e chiados ao sintonizarmos uma rádio AM em dia de tempestade. Isso ocorre porque o raio também produz ondas nesta faixa de freqüência. Graças a essa característica, antenas sincronizadas Uma grande dificuldade no estudo dos raios é não poder reproduzi-los em laboratório. Como a natureza não avisa onde e quando o raio vai ocorrer, uma maneira alternativa de estudá-lo consiste em provocar o raio para que aconteça próximo aos instrumentos de medida e no momento em que estiverem preparados. Para que isso aconteça, foguetes especialmente preparados são lançados em direção à base de uma nuvem de tempestade. Eles têm aproximadamente 1 metro de comprimento e levam consigo uma bobina de fio de cobre que se desenrola ao longo da subida. O fio de cobre atua como um gigante pára-raios cuja presença induz a ocorrência do raio. A corrente elétrica do raio passa pelo fio e por instrumentos de medida na base de lançamentos.
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A formação de raios ocorre devido à acumulação de cargas elétricas em nuvens, resultando em uma diferença de potencial entre elas e o solo, ou entre diferentes regiões da mesma nuvem. Quando a diferença de potencial se torna grande o suficiente, o ar entre as cargas é ionizado, permitindo a passagem de corrente elétrica, ou seja, um raio. A energia potencial envolvida na formação de raios é enorme, podendo variar entre 10^9 joules (cerca de 300 kWh) e uma tensão de cerca de 100 milhões de volts em um relâmpago nuvem-solo.
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1.Acumulação de Cargas:
Dentro das nuvens, o atrito entre partículas de gelo e água cria uma separação de cargas, com cargas negativas se acumulando na base da nuvem e cargas positivas no topo.
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2.Diferença de Potencial:
À medida que as cargas se acumulam, a diferença de potencial entre as regiões carregadas da nuvem e o solo ou entre diferentes regiões da mesma nuvem aumenta significativamente.
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3.Quebra da Rigidez Dielétrica:
Quando a diferença de potencial atinge um valor crítico, o ar entre as cargas é ionizado, ou seja, os átomos do ar perdem elétrons e se tornam íons. Essa ionização diminui a resistência do ar à passagem de corrente elétrica, permitindo que a descarga elétrica ocorra.
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4.Formação do Canal:
Uma vez que o ar é ionizado, a descarga elétrica segue por um caminho, formando um canal de plasma com alta temperatura e luminosidade, que é o raio.
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5.Energia do raio:
A energia envolvida num raio é enorme. Um relâmpago nuvem-solo pode transportar uma carga elétrica média de 10 Coulombs e uma tensão de cerca de 100 milhões de volts, resultando numa energia de cerca de 10^9 joules (300 kWh). Essa energia é liberada na forma de calor, luz e ondas eletromagnéticas durante a descarga.
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Raios e tempestades, como se proteger:
Em uma tempestade de raios existe uma intensa atividade elétrica no interior das nuvens, com grande desenvolvimento vertical. No Ceará, esses eventos adversos são mais comuns nos meses de maior concentração de chuvas, de dezembro a maio.
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Se estiver na rua, o que fazer?
- Evite lugares que ofereçam pouca ou nenhuma proteção contra raios, tais como pequenas construções não protegidas, tendas e barracos;
- Evite estruturas altas tais como torres de linhas telefônicas e de energia elétrica.
- Evite utilizar veículos automotores sem capota, motocicletas e bicicletas;
- Evite ficar próximo a postes e outras estruturas altas, bem como da fiação elétrica e telefônica;
- Não se aproxime de cercas de arame, varais metálicos, linhas férreas e outras estruturas metálicas;
- Não permaneça em áreas abertas como campos de futebol, praias, quadras esportivas e estacionamentos;
- Não fique no alto de morros ou no topo de prédios;
- Não se abrigue em árvores ou debaixo delas.
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Quais os perigo de permanecer dentro de veículos em situações de raios?
- Evite veículos sem capota como tratores, motocicletas ou bicicletas;
- Evite estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica;
- Antes de saltar do veículo verifique se há algum cabo ou fio elétrico, solto, próximo ao veículo;
- Evite o contato com qualquer objeto metálico próximo ao veículo.
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Estando dentro de casa, existe algum risco de sofrer com raios?
- Evite utilizar equipamentos e eletrodomésticos que estejam ligados à rede elétrica, como o celular carregando, por exemplo;
- Evite utilizar o telefone com fio (o sem fio pode ser utilizado);
- Não fique próximo a tomadas, canos, janelas e portas metálicas;
- Acione imediatamente o Serviço de Atendimento Móvel de Urgência – SAMU (fone 192), caso alguém seja atingido por um raio.
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Alguns lugares são extremamente perigosos durante uma tempestade. Quais devem ser evitados?
- NÃO permaneça em áreas abertas como campos de futebol, quadras de tênis e estacionamentos;
- NÃO fique no alto de morros ou no topo de prédios;
- NÃO se aproxime de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e trilhos;
- NUNCA se abrigue debaixo de árvores isoladas.
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Hoje existem estações de monitoramento climáticos, eletrônicas e de grande precisão que podem orientar com segurança o planejamento de atividades de campo e planos de emergência, no que couber.
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Texto em que apresento e defendo minhas ideias e opiniões, a partir da pesquisa e realizações no campo prático em Segurança e Saúde do Trabalho e na interpretação de fatos e dados.
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Opinião/ Roteiro, pesquisa e adaptação livre/ Sociedade Brasileira de Física (https://www.sbfisica.org.br/v1/portalpion/index.php/artigos/30-a-fisica-das-tempestades-e-dos-raios)
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FONTE: https://www.rsdata.com.br/como-ocorre-a-formacao-de-raios-e-como-se-proteger/ – Os textos deste post foram compartilhados do site RS DATA cabendo a estes os direitos autorais.
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FONTE IMAGEM: Canvas
